ARM(AdvancedRISCMachines)是對(duì)一類微處理器的通稱。ARM是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè),它設(shè)計(jì)了大量高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。ARM微處理器是一種高性能、低功耗的32位微處理器,該處理器廣泛應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)中。ARM9代表了ARM公司主流的處理器,已經(jīng)在手持電話、機(jī)頂盒、數(shù)碼相機(jī)、GPS、個(gè)人數(shù)字助理以及因特網(wǎng)設(shè)備等方面有了廣泛的應(yīng)用。在此,以ST公司生產(chǎn)的ARM9系列中典型的STR912FW44X6芯片作為硬件開發(fā)平臺(tái)的MCU,完成了基于ARM的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì),并提出了一種利用RS485串口代替RS232串121來進(jìn)行通信的新方法。
l 硬件總體設(shè)計(jì)框架
硬件總體設(shè)計(jì)框架如圖1所示。
2 硬件介紹
現(xiàn)以STR912FW44X6芯片作為硬件開發(fā)平臺(tái)的MCU,STR912FW44X6外擴(kuò)張了點(diǎn)陣LCD顯示屏、輸入按鍵、UART接口、IrDA、CAN、USB、ETM接口、音頻放大器/話筒放大器和以太網(wǎng)接口。其中,本文使用的有UART接口和以太網(wǎng)接口。UART接口分為一個(gè)RS232串口和兩個(gè)RS485串口。RS232串口用來與GSM模塊的RS232串口相連,以實(shí)現(xiàn)GPRS的無線傳輸;兩個(gè)RS485串口,一個(gè)用來作MODBUS通信接口,另一個(gè)用來接電度表計(jì),以采集統(tǒng)計(jì)并顯示太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。以太網(wǎng)通過網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡(luò),以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。
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3 硬件電路設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)
3.1RS232串口的電路設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)
RS232是一種串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn),是目前最常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn),用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸。RS232串行接口總線適用于設(shè)備之間通信距離不大于15m,傳輸速率最大為20KB/s.
RS232串口是通過ST公司生產(chǎn)的ST3232EAR來實(shí)現(xiàn)的。ST3232EAR是一種把電腦的串行口RS232信號(hào)電平(-lOV,+10V)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所用到的TTL信號(hào)電平(OV,+3.3V)的芯片。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由三部分組成:第一部分是電荷泵電路,由1~6腳和4只電容構(gòu)成。其功能是產(chǎn)生+12V和-12V兩個(gè)電源,為RS232串口提供電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道,由7~14腳構(gòu)成2個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中,13腳(RlIN)、12腳(R1OUT)、11腳(TlIN)、14腳(T1OUT)為第一數(shù)據(jù)通道;8腳(R2IN)、9腳(R2OUT)、10腳(T2IN)、7腳(T2OUT)為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從TlIN,T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS232數(shù)據(jù),從T1OUT,T20UT送到電腦DP9插頭;DP9插頭的RS232數(shù)據(jù)從RlIN,R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后,從R1OUT,R2OUT輸出。第三部分是供電,由15腳GND、16腳VCC(+5V)構(gòu)成。
通過將MCU中GPIO的RXD和TXD分別與ST3232的12腳(R1OUT)和11腳(T1IN)相連,使14腳(T10UT)和13腳(R1IN)輸出RS232電平,然后連接GSM模塊RS232串口和MCU板上的RS232串口,可以通過向RS232接口寫AT指令來達(dá)到控制GSM模塊功能的目的,以通過GPRS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。
3.2RS485串口的電路設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)
RS485是用來采集太陽能發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)的,這里之所以采用RS485而不采用RS232,是因?yàn)镽S485比RS232具有很多優(yōu)勢。RS232采取不平衡傳輸方式,即單端通信,其收發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)都是相對(duì)于地信號(hào)的。所以它的共模抑制能力差,再加上雙絞線的分布電容,其傳輸距離最大約為15m,最高速率為20KB/s,且其只能支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。而RS485采用平衡發(fā)送和差分接受方式實(shí)現(xiàn)通信,由于傳輸線通常使用雙絞線,有時(shí)差分傳輸,所以有極強(qiáng)的抗共模干擾能力,總線收發(fā)器的靈敏度很高,可以檢測到低至200mV的電壓,故其傳輸信號(hào)在千米以上是可以恢復(fù)的。RS485的最大通信距離約為1219m,最大傳輸速率為10MB/s,它采用雙半工工作方式,可支持多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信,其總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)。
RS485接口芯片采用的是ADM3485.ADM3485采用單一電源+3.3V工作,半雙工通信方式,可完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平的功能。ADM34185芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單,內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器,RO和DI端分別為接收器的輸出端和驅(qū)動(dòng)器的輸入端,與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可。RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端,當(dāng)RE為邏輯0時(shí),器件處于接收狀態(tài);當(dāng)DE為邏輯1時(shí),器件處于發(fā)送狀態(tài),因?yàn)锳DM3485工作在半雙工狀態(tài),所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可。A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端,當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí),代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1;當(dāng)A的電平低于B端時(shí)。代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為O.在與單片機(jī)連接時(shí)接線非常簡單,只需要一個(gè)信號(hào)控制ADM3485的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻,一般可選100Ω的電阻。該設(shè)計(jì)有兩個(gè)RS485,其中一個(gè)用來作MODBUS通信接口,另一個(gè)用來接電度表,以采集統(tǒng)計(jì)并顯示太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。
3.3以太網(wǎng)的電路設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)
以太網(wǎng)網(wǎng)口采用的是0880-1X1T-01,以太網(wǎng)物理層接口芯片采用的是ST公司的STElOOP快速以太網(wǎng)物理層芯片。STEl00P以太網(wǎng)接口芯片提供了一組媒體獨(dú)立接口(MII)。媒體獨(dú)立指的是在不對(duì)MAC硬件重新設(shè)計(jì)或替換的情況下,任何類型的PHY設(shè)備都可以正常工作。MII接口是快速以太網(wǎng)MAC層與PHY層之間的標(biāo)準(zhǔn)接口,是IEEE802.3定義的以太網(wǎng)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。它包括一個(gè)數(shù)據(jù)接口,以及一個(gè)MAC和PHY之間的管理接口。數(shù)據(jù)接口包括分別用于發(fā)送器和接收器的兩條獨(dú)立信道。每條信道都有自己的數(shù)據(jù)、時(shí)鐘和控制信號(hào)。MII數(shù)據(jù)接口總共需要16個(gè)信號(hào)。管理接口是個(gè)雙信號(hào)接口:一個(gè)是時(shí)鐘信號(hào),另一個(gè)是數(shù)據(jù)信號(hào)。
通過管理接口,上層監(jiān)視和控制PHY.基于以太網(wǎng)的TCP/IP通信,使ARM可以通過網(wǎng)線進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),并可以實(shí)時(shí)地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信,用來傳輸太陽能發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。
提出一種利用RS485串口代替RS232串口進(jìn)行通信的新方法。這種方法解決了RS232串口在傳輸距離和節(jié)點(diǎn)數(shù)量的限制,大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Α?br /> ‘
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